Učinki vsebnosti Sc, vsebnosti kisika in temperature nanašanja na ScAlN
RF razprševanje z eno tarčo, 200 stopinj, spodnji tlak 1,0*10-4 Pa, velikost tarče 152,4 mm, Sc vdelan v Al tarčo, moč razprševanja 1500 W, koncentracija N2 40 %
RF sorazprševanje dvojne tarče, 400 stopinj, spodnji tlak 1,2 * 10-6 Pa, velikost tarče 50,8 mm
Pri resonatorjih BAW se {{0}}.5um Cu najprej nanese na površino podlage in oblikuje kot žrtvena plast za zračno režo. 0.9um piezoelektrična plast, 0.15um Pt/Au/Pt zgornja in spodnja plast elektrode ter 0,1um PECVD SiN se nahajajo na zgornji in spodnji strani sendvič strukture kot zaščitne plasti.
Za testiranje piezoelektričnega koeficienta se piezoelektrični film neposredno nanese na silicijev substrat z upornostjo 0,01 ohm∙ cm, čemur sledi zgornja elektroda Ti.
d33 je bil izmerjen s PM300 Piezotestom, medtem ko je bil d31 dobljen z metodo upogibanja rezin, pri kateri pogonsko AC polje, uporabljeno na filmu v z-smeri, inducira napetosti v ravnini xy, s čimer spremeni obliko substrata. Deformacijo substrata smo izmerili z laserskim Dopplerjevim vibrometrom.
Faktor sipanja S11 se meri z mrežnim analizatorjem in detekcijsko postajo z grelno stopnjo. Faktorji sipanja so bili izmerjeni pri 23, 50 in 85 stopinjah ter izračunana antiresonančna frekvenca in temperaturni koeficient elastične togosti. Piezoelektrične lastnosti, pridobljene iz izmerjenih podatkov resonatorja BAW, so analizirane z uporabo Mersennovega modela ekvivalentnega vezja (oddajnega voda).
Največja vrednost d33 je 28 pC/N Sc0.4Al0.6N, največja vrednost -d31 pa je 13 pm/V Sc0.4Al{{ 11}}.6N
Relativna pasovna širina je 2(fp-fs)/(fp+fs)(%)
Elektromehanski sklopitveni koeficient k2=π2/4(fs/fp)(fp-fs)/fp (%)
V primerjavi z AlN se elektromehanski sklopitveni koeficient Sc{{0}}.35Al0.65N poveča za 2,6-krat in doseže 15,5 %. Manjša resonančna frekvenca pomeni, da je njegova elastična togost manjša. Poveča se relativna pasovna širina Sc0.35Al0.65N, poveča pa se temperaturni koeficient protiresonančne frekvence.
Vzdolžna hitrost zvoka VL=(c33/ρ)1/2
V primerjavi z AlN ima Sc{{0}}.35Al0.65N večji piezoelektrični koeficient d33 in temperaturni koeficient elastične togosti ter manjšo vzdolžno hitrost zvoka. Vendar ima Sc0.35Al0.65N v primerjavi z ZnO večji piezoelektrični koeficient d33 in vzdolžno hitrost zvoka ter manjši temperaturni koeficient elastične togosti.
Ko se vsebnost Sc poveča, se a poveča, c/a zmanjša, vzdolžna hitrost zvoka pa se zmanjša.
Tanke plasti ScxAl{{0}}xN (x =0, 0.1, 0.2, 0.3) so bile odložene z DC co -naprševanje na Al2O3 (0001) rezino/TiN (111) začetno plast/plast elektrode. Spodnji tlak je 6*10-7Pa, procesni tlak je 0,17Pa, 30 SCCM Ar in 19,8 SCCM N2, ciljni premer pa je 5 cm. Debelina semenske plasti TiN je bila 100–200 nm, skupna moč razprševanja je bila 150 W, temperature substrata pa 400, 600 in 800 stopinj. Testna struktura IV je Au/Cr/ScxAl1-xN/TiN/Al2O3, za testiranje piezoelektričnih lastnosti pa se uporablja interferometrija z dvojnim žarkom (DBI) in mikroskopija s piezorodzivom (PFM).
Neusklajenost mreže med TiN (d(101)= 3.00 A˚) in AlN (a=3.11 A˚) je 3,67 % in a od Sc0.2Al0.8N je 3,23 A. Večja neusklajenost rešetk vodi do slabše kakovosti kristala. Neusklajenost mreže med ZrN (d(101)= 3.27 A˚ ) in Sc0.2Al0.8N je 1,2 %. Vendar se kakovost kristala Sc0,2Al0,8N, gojenega na ZrN, ni izboljšala, kar je lahko povezano s površinsko hrapavostjo in atomi. Povezano z mobilnostjo na semenski plasti.
Uhajajoči tok AlN je izjemno majhen in se ne spreminja s temperaturo nanašanja. Tudi uhajajoči tok ScAlN, gojenega pri 400 stopinjah, je zelo nizek. Tok uhajanja filmov, nanesenih nad 400 stopinj, se poveča s povišanjem temperature nanosa in vsebnosti Sc. Strukturna degradacija in ločitev faz, ki ju povzročijo visoke temperature substrata, vplivata na kakovost kristalov in dielektrične lastnosti tankih plasti.
Postopek brizganja
Ko se vsebnost kisika poveča, se usmeritev AlN poslabša, polovična širina se poveča, stopnja rasti se zmanjša in piezoelektrične lastnosti se spremenijo, kar lahko vodi do sprememb v smeri polarizacije. Močno se poveča tudi vsebnost kisika v filmu.
Visokokakovostna tarča za razprševanje iz skandija in AlSc sta ključna materiala za pripravo tankega filma ScAlN. HNRE je uspešno razvil napredno tehnologijo za izdelavo tarč za razprševanje s skandijem z nizko vsebnostjo kisika in visoke čistosti ter tarč za razprševanje iz skandijevega aluminija. Med našimi AlSc tarčami za razprševanje lahko vsebnost Sc znaša do 40 at % z zelo homogeno porazdelitvijo in orientacijo zrn. HNRE ponuja tudi druge oblike prekurzorskih materialov ScAlN, kot so praški ScN in AlScN ali druge spojine Sc.